光网络—综合练习题(新).doc

光网络第一部分 习题
一、 填空题：
1、光网络是 指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构。
2. 强度调制直接检波光纤数字通信系统是 由电、光发射端机，光中继器，光、电接收端机，光纤，监控系统，备用系统构成的。
3.目前，实用光纤的三个低损耗窗口在 0.85μm 、 1.31μm 、 1.55μm 附近。色散位移单模光纤是在 1.55μm 处，实现 最低损耗 和 最低色散 .
4.光波在均匀介质里，是以 直线 传播，当光射线遇到两种介质交界面时，将产生 全反射 或 部分反射 。
5.均匀光纤的导光原理为 全反射原理 ，它的数值孔径表示了 光纤收集光线的能力 定义式为 NA=noSinφMax ，也可表示为 NA=n1 。
6. 采用非均匀光纤的目的是为了 减少光纤的模式色散 ，这样会在光纤中近似产生 自聚焦 现象，这需要纤芯折射率服从 平方律型折射指数分布 分布。
7.单模光纤的色散包括 材料 色散和 波导 色散，此外，系统所使用的光源与光纤色散相互作用，给系统引进了的干扰和噪声主要有三种，即 码间干扰、模分配噪声、啁啾声。
8.一般光纤分为单模光纤和多模光纤，单模光纤的芯径为 4～10μm ，存在 材料 色散和 波导 色散，传输的基模是 LP01， 。
9.多模光纤的芯径为 50μm ，存在 模式 色散、 材料 色散和 波导 色散。
10．按照纤芯折射率分布的不同，光纤可分为 阶跃型光纤（均匀光纤） 、 渐变型光纤（非均匀光纤） ，按照传输模式的多少来分，可分为 单模光纤 、 多摸光纤。
11. 在非均匀光纤中，其集光能力是用 本地 数值孔径表示，定义式为 。
12.多纵模激光器在高速调制下的输出谱线呈 多纵模 谱线，各谱线功率总合 是一定的 ，但每根谱线的功率 是随机的 ，即各谱线的 能量随机分配 。
13.在采用多纵模激光器的光纤通信系统中，激光器的谱线特性和 光纤色散 相互作用，产生了一种叫 模分配噪声 的现象，它限制了 通信距离 和 容量 。
14.在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程: 自发辐射、受激吸收、受激辐射 。
15.检测器在光纤通信系统中的作用是 光电变换 ， PIN、APD 是常采用的半导体光电检测器之一。
16.接收灵敏度的定义是 在保证接收机达到给定的误码率或信噪比指标条件下，光接收机所需要的最低的输入平均光功率Pmin。 。
17.监控系统是指 监视、监测、控制 的总称。
18.网络节点接口是指 表示网络结点之间的接口 。
19.STM-N正结构分为三个区域： 段开销区、净负荷区和管理单元指针 。
20.光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一跟光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原。 。
21.光纤数字传输系统的误码性能用 误码率 来描述，定义为 BER=在某段时间内 。
22.光纤数字传输系统的抖动定义是 数字信号的有效瞬间，与其理想时间位置的短时间偏离 ，抖动的程度目前大多用 数字周期 来表示，其符号为 UI 。
二、单项选择题：[在备选答案中只有一个是正确的，将其选出并把它的标号写在题前面的括号内]
（ ）1、 光纤通信 是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
（ ）2、全反射条件是 n1>n2, 。
（ ）3、光纤中产生衰减的主要原因是 吸收损耗 和 散射损耗 。
（ ）4、非零色散光纤的零色散点 不等于 1.55μm.，而且色散值较 小 。
（ ）5、 当物质中处于高能级上的粒子数大于处于低能级上的粒子数时，则物质处于
粒子数反转 状态。
（ ）6、光电检测器是利用材料的 光电效应 来实现光电转换的。
（ ）7、APD中的电场分为两部分，其中 雪崩倍增效应 发生在高电场区。
（ ）8、EDFA的工作范围与光纤 最小损耗 窗口一致。
（ ）9、能够使信号从一个波长转换到另一个波长的器件被称为 波长转换器 。
（ ）10、在一根光纤中能够同时传输多种波长的光信号的技术就是 波分复用 。
（ ）11、根据调制信号的性质不同，内调制又分为 模拟 和 数字 调制。
（ ）12、前置放大器是指与 光电检测器 紧紧相连接的器件。
（ ）13、监控系统是监视、监测和 控制 系统的简称。
（ ）14、传输距离与码速率、 光纤的色散系数 以光源的谱宽成反比。
（ ）15、传输网主要由 传输设备 和 网络节点 构成的。
（ ）16、在SDH帧结构中， 段开销 是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。
（ ）17、STM-4的码速率等于 622 .08Mbit/s 。
（ ）18、 再生段 是指复用器与中继器之间、中继器与中继器之间传输线路。
（ ）19、不同波长的光信号都能在单独一根光纤中沿同一方向进行传输的系统结构方式就是 单向结构 WDM传输系统。
（ ）20、 串扰 是影响WDM系统性能的主要因素之一。
（ ）21、ASE噪声的产生是因为在系统中引入了 光放大器 。
（ ）22、光网络是由 骨干网 、城域网和光接入网构成。
（ ）23、宽带城域网分为核心层、汇聚层和 接入层 。
（ ）24、在OA和OTU的支持下， 可编程的OADM 可实现任意波长的上下操作，同时对波长中所承载的信息速率、格式和协议无任何限制。
三、画图题：
1.画出光纤通信系统组成方框图。
1.见教材P3 图1-3
2．画出采用直接调制的数字光纤通信光发射端机的方框图。
2.见教材P109 图4-2（a），P109～P114
3．画出数字光纤通信光接收端机的方框图。
3.见教材P114 图4-10 P114～P119
4．请画出激光器输出特性曲线，并标明激光区。
4.见教材P82 图3-16
5．画出WDM系统总体结构示意图。
5.见教材P200 图6-6
6．画出单向和双向结构WDM传输系统结构图。
6.见教材P201 图6-7和图6-8
7、画出IP over SDH协议栈结构。
8、画出IP over WDM光网络分层体系结构。
四、判断题：
根据光网络的基本原理指出下列问题的对错，并在题前面的括号内做出表示(若问题的内容出现错误则用×表示,若问题的内容正确,则用√表示)
（ 对 ）1、DXC X/Y 中的X表示接口数据流的最高等级。
（ 错 ） 2、K1、K2是来自MST的自动保护倒换字节。
（错 ） 3、根据我国的特点一、二级干线的数字段长度确定为420Km。
（ 对） 4、如果系统的ESR、SESR、BBER三个参数指标均能满足要求时，才能认为该通道符合全程误码性能指标。
（ 错） 5、SDH只配置了2.048Mbit/s, 34.368 Mbit/s, 139.264 Mbit/s和STM-1电接口。
（错 ） 6、自愈的概念不仅涉及到重新建立通信，而且还涉及到故障的自动修复。
（ 对） 7、环形网络所采用的物理结构不同时，其保护原理也不同。
（错 ） 8、STM-1是同步数字体系的逻辑功能块。
(对 ) 9、在1：n系统中，一旦出现故障是通过帧结构中的K1、K2字节来完成收发两端间的倒换保护操作。
(错 ) 10、在主从同步方式下工作的SDH网，其时钟被划分为南北两区。
(对 ) 11、同一根光纤中传输的光载波路数更多、波长间隔更小(通常0.8～2nm)时，该系统称为密集波分复用系统．
(错 ) 12、G.653光纤是指色散平坦型单模光纤。
(对 ) 13、WDM系统使用的监控波长窗口为1510nm。速率2Mb/s.
( 对) 14、分插复用单元是OADM的基本功能单元。
(错 ) 15、波长交叉连接方式是指在以一根光纤中所传输的总容量为基础进行交叉连接的方式。
(错 ) 16、传送网是以信息通过具体物理媒质传输的物理过程来描述。它是由具体设备组成的网络。
(对 ) 17、SDH光传送网是由传输媒体网络和通道层网络构成
(对 ) 18、光复用段层主要负责为两个相邻波长复用器之间的多波长信号提供连接功能。
(对 ) 19、L-16.2代表系统速率为2.5Gbit/s、工作波长1550nm的长距离局间通信光接口。
(错 ) 20、某1秒内有不少于30％的误块，则认为该秒为误块秒。
(对 ) 21、在数值上，一个数字周期等于一个码元所占的时间间隔。
(对 ) 22、在SDH网络中，通常使用铯原子钟作为基准时钟。
(错 ) 23、光适配层位于IP电层与电路层之间，负责向不同的高层提供光通道。
(对 ) 24、WDM光层包括光通道层、光复用段层和光传输段层。
(对 ) 25、在IP over WDH的光层引入域、子域的概念。
五、问答题：
1.请简述阶跃型折射率分布光纤和梯度型折射率分布光纤的不同导光原理。
2为什么说采用渐变型光纤可以减少光纤中的模式色散？
3.如何解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散？
4.光与物质间的作用有哪三种基本过程？说明各具有什么特点？
5.简述半导体的光电效应？
6.什么是模分配噪声？它是如何产生的？
7.请写出SDH网络评价误码性能的三种分类及定义。
8.什么是码间干扰？其产生的原因是什么？
9.抖动容限的指标有几种？并说明其含义？
10.EDFA的工作原理。
11.光波分复用通信技术的特点及工作原理有哪些？
12. 简述IP over SDH技术的特点。
六、论述题
1．某光纤通信系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机灵敏度为-40dBm，设备富余度为6 dB，光缆富余度为0.1dB/km，光纤接头损耗为0.2dB/km，且不考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，如果希望最长中继距离为60 km，此时的光缆的衰减系数为多大？
2．有622Mbit/s速率的单模光缆传输系统，应用InGaAs-LD，其It<50mA，标称波长为1310nm，光谱宽度为2nm，发送光功率为-2.3dBm, 接收灵敏度为-38dBm, 动态范围≥20dB。采用的光缆其固有损耗为0.3dB/km, 接头损耗为0.1dB/km，光连接器衰减为1dB，光纤色散系数≤2.0ps/nm·km, 光纤富余度为0.1dB/km。若考虑1dB色散代价（ε取0.115），5dB设备富余度，试计算在系统设计时，最大中继距离为多少？
3、若一个2.5Gbit/s单模光缆通信系统，其系统总体要求如下：
系统中采用的激光器为单纵摸激光器，其阈值电流小于50mA，激光器工作于1550nm.光脉冲谱线宽度Δλmax≤1.8nm。发送光功率PT=2.3dBm。如用高性能的光接收组件，可在BER=1×10-10条件下得到接收灵敏度PR=-35dBm，动态范围D≥20dB。试计算系统中所允许的最大中继距离。
注：考虑光通道功率代价PP =1dB，光连接器衰减AC=1dB（发送和接收端各一个），光纤接头损耗AS=0.1dB/km，光纤固有损耗α=0.22dB/km，光纤色散系数D≤2ps/(km·nm)取ME=3dB MC=0.1dB/km，频率啁啾系数为3。
4．某激光器的输出光功率为500mw, 问此功率可折合为多少dBm?
5、试计算STM-1的比特速率。
6、试计算STM-1中段开销的比特数和传输速率。
第二部分 答案
五、问答题：
1.阶跃光纤中入射光线在纤芯和包层分界面上发生全反射，从而在纤芯中沿之字形的曲折路径前进，实现光的传输。
非均匀光纤中入射光线按折射定律在纤芯中传输到某一点时发生全反射，折向光纤轴线，从而以曲线形式在光纤中传输。
2.渐变型光纤纤芯折射率随 r的增加按一定规律减小，即n1(r),则就有可能使芯子中的不同射线以同样的轴向速度前进，产生自聚焦现象，从而减小光纤中的模式色散。
3.材料色散是由于材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成份的群速不同引起的色散。
波导色散是对于光纤某一模式而言，在不同的频率下，相位常数β不同，使得群速不同而引起的色散。
模式色散是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数β不同，因此群速不同而引起的色散。
4.自发辐射、受激辐射、受激吸收
自发辐射：可自发光，是非相干光，不受外界影响。
受激辐射：吸收外来光子能量，发相干光，产生全同光子，产生光放大。
受激吸收：吸收外来光子能量，不发光。
5.光照射到半导体的P-N结上，使半导体材料中价带电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，总称光生载流子。光生载流子在外加负偏压和内建电场的共同作用下，在外电路中出现光电流，这就实现了输出电信号随输入光信号变化的光电转换作用。
6.高速率的激光器，其谱线呈现多纵模谱线特性，而且各谱线的能量呈现随机分配。因而单模光纤具有色散，所以激光器的各谱线（各频率分量）经光纤传输之后，发生不同的延时，在接收端造成脉冲展宽。又因为各谱线的功率呈现随机分布，因此当它们经过上述光纤传输后，在接收端取样点得到取样信号就会有强度起伏，至此引入了附加噪声，这种噪声就称为模分配噪声，这也是模分配噪声产生的原因。
7. 误块秒比：当某1秒具有1个或多个误块时，则称该秒为误块秒，那么在规定观察时间间隔内出现的误块秒数与总的可用时间之比，称为误块秒比。
严重误块秒：当某1秒有不少于30% 的误块，则称该秒为严重误块秒，那么在规定观察时间间隔内出现的严重误块秒数与总的可用时间之比，称为严重误块秒比。
背景误块比：扣除不可用时和严重误码秒期间出现的误块后所剩下的误块，称为背景误块。背景误块与扣除不可用时和严重误码秒期间出现所有误块数之比，称为背景误块比。
8. 由于激光器发出的光波是由许多根线谱构成，而每根谱线的传播速度不同，因而前后错开，使合成的波形的宽度展宽，出现拖尾，造成相邻两光脉冲之间的相互干扰，这种现象称为码间干扰。这也是码间干扰产生的原因。
9. 抖动容限的指标分为输入抖动容限和无输入抖动时的最大输出抖动容限。
输入抖动容限是指光纤通信系统（或设备）允许输入脉冲存在抖动的范围。
无输入抖动时的最大输出抖动容限是指输入信号无抖动的情况下，光纤通信系统（或设备）输出信号的抖动范围。
10．饵离子有三个工作能级：E1、E2和E3。其中E1为基态，E2为亚稳态，E3能级最高，为激发态。
当饵离子未受到光的照射时，饵离子处于基态。当泵浦光源的激光射入掺饵光纤时，使处于基态的粒子获得动能而跃迁到高能级。即由E1跃迁到E3，由于粒子在E3这个高能级上是不稳定的，它将迅速以无辐射过程落到亚稳态E2上。在该能级上，粒子相对来将有较长的存活寿命。由于泵浦光源不断地激发，则E2能级上的粒子数就不断增加，而E1能级上的粒子数就减少，这样在这段掺饵光纤中就处于粒子数反转分布状态，当受到外来光子的作用时，则具有放大功能。
11. ①光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高
②提高光纤的频带利用率
③降低对器件的速率要求
④提供透明的传送通道
⑤可以灵活地进行光纤通信组网
⑥存在插入损耗和串光问题
12、①简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本。
②利于实施多路广播方式
③提高网络的稳定性
④仅对IP业务提供良好的支持，不适于多业务平台，可扩展性不理想，
⑤不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS），
六、计算题
1．
=
2．

最大中继距离为46.2km。
3、衰减的影响：
=74.52km
色散的影响：
= = 792.5km
最大中继距离为74.52km
4、500mw折合电平值=10
5、STM-1的比特速率=270×9×8×8000 = 155.520 (Mbit/s)
6、STM-1段开销的字节数 = 8×9 = 72 （字节）
STM-1段开销的比特数 = 72×8 = 576 （bit）
STM-1段开销的速率 = 576×8000 = 4.608 (Mbit/s)
7